国外叶片锻造技术概况

概述了国外一些主要叶片生产厂家的叶片锻造技术，指出了叶片锻造工艺已从有余量模锻发展到少余量或无余量精锻。     

叶片校正定位

随着电力工业的发展,对大容量发电机组中汽轮机末级长叶片的生产需求越来越多。目前,国内一般是先锻造出留有一定余量的叶片,然后再采用打磨抛光手段来生产大叶片。     

新机研制中的新材料和热工艺应用

在涡扇、涡轴两种中、小型燃气涡轮发动机的研制中，采用了较多的钛合金、高温合金和高强结构材料和粉末盘热等静压、单晶叶片精铸、等温锻造、无余量整体精铸、大型薄壁带铸造油路的名合金铸造、多弧等离子镀、蜂窝激光焊、高温真空钎焊和钛合金的锻造、铸造、表面处理、焊接等新工艺，保证了新机性能，使中小涡轮燃气发动机制造技术上了一个新台阶。     

张立同院士访谈

2008年5月9日,本刊编辑部主任李华文专访了中国航空航天材料专家、西北工业大学教授张立同院士。在访谈中,张立同院士回顾了她在早年从事的熔模铸造工艺研究,向读者介绍了中国第一个无余量叶片研制的背景和过程;叙述了自己在陶瓷基复合材料研究方面的经历,介绍了该方面研究在国内外的进展,以及中国在该研究领域所处的地位。张立同院士强调,应该加大复合材料在航空发动机上的验证考核力度,加强材料研制人员与发动机设计人员的互动。     

锻造仿真与热模拟技术在航空发动机叶片精密锻造中的应用

航空发动机叶片因其形状复杂、叶身型面厚度薄、材料变形困难,在精密锻造成型中常存在折叠、裂纹、表面损伤及局部填充不满等缺陷。应用有限元仿真软件Deform对航空发动机叶片精密锻造工艺进行模拟分析,可以获得金属材料锻造成型过程中应力场、应变场、温度场及流动轨迹等参数变化规律,将可能产生缺陷的模型在工艺设计阶段进行优化,缩短新产品研制周期。实践表明,Deform软件的应用,可有效地避免锻造缺陷的产生,对航空发动机叶片精密锻造工艺设计具有指导意义。     

无余量精铸涡轮叶片“QC”小组工艺试制质量控制

介绍了某起动机无余量精铸涡轮叶片质量改进工艺攻关试制过程控制，通过有余量叶片改无余量叶片等方案的实施，从而保证了该零件的顺利试制和产品质量的提高。     

带复杂阻尼凸台的TC11材料转子叶片精锻工艺研讨

介绍了带有复杂形状阻尼凸台的ＴＣ１１材料某高压Ｉ级转子叶片的精锻工艺难点，可对型面复杂的小余量叶片精锻生产提供参考。     

压气机八、九级转子叶片生产新工艺线

压气机转子叶片生产新工艺线,采用高速锤挤压小余量毛坯、组合拉削榫头及辊轧叶身等先进工艺,代替过去的模锻毛坯、靠模铣叶身、砂带磨叶身及手工抛光等落后工艺。现将高速锤挤压制坯及辊轧叶身工艺介绍如下。     

WDZ—1涡轮叶片无余量精铸工艺

WDZ－1涡轮叶片采用无余量精铸取代有余量精铸工艺，解决了公司多年一直没有解决的冷热加工定位基准转换不协调的问题，并在试验中采用蜡模矫正模防止尺寸变形，调整孕育剂的含量，降低金属凝固时存在的温度梯度等方法，使叶片成品率大大提高。     

科研成果简介

一九七八年,六二五研究所共完成工艺研究题目15项,部分成果已在新机研制和生产中投入使用,取得较好的技术经济效果,现将主要科研成果简介如下。一、碳纤维复合材料零件的研制在三二○厂、四一○厂等有关单位协助下,我们先后研制了碳纤维复合材料风扇叶片、二级压气机叶片、进气道侧壁板及启动箱口盖、氧气瓶口盖等零件,并研究了相应的工     

复合材料风扇叶片力学性能试验研究与有限元分析

依照制定的规范化试验流程,进行额定工况和二倍超载工况下的静力加载试验和全寿命周期疲劳试验,以验证复合材料风扇叶片运转工况所需的力学性能试验,结果表明复合材料风扇叶片满足使用强度要求,具有足够疲劳寿命。试验流程制定和具体试验方法可为同类产品力学性能检测提供参考。提出一种曲面外形构件复合材料属性设置方法,基于该方法建立复合材料叶片有限元模型,应用该模型对复合材料叶片在额定工况离心力作用下的载荷-位移响应进行计算。计算所得载荷-位移曲线与试验结果基本吻合,验证了计算方法的合理性。     

复杂薄壁构件自适应加工工艺几何模型重构

随着制造理念和制造水平的不断提高,大量复合制造工艺背景下的近净成形叶片被应用到现役或在研的航空发动机中。该类叶片是典型的复杂薄壁结构零件,无精确定位基准,且成形一致性差。采用传统叶身定位,加工后的前/后缘、榫齿形状和位置精度均难以保证,从而导致产品一致性差,易超差与合格率低。针对以上问题,提出一种面向自适应加工的复杂薄壁结构零件工艺几何模型重构方法。首先,建立复杂曲面的采样点分布模型,快速获取叶片精确成型区域的位置和形状;其次,提出基于特征曲线相似变形的模型重构算法,精确重构前/后缘非精确成型区域的工艺几何模型;最后,通过精锻叶片自适应加工试验进行验证。试验结果表明：该方法可有效满足以精锻叶片为代表的复杂薄壁构件自适应加工要求。     

复合材料旋翼桨叶的结构优化与振动控制

 本文总结了复合材料旋翼浆叶结构动力优化设计的研究工作。运用有限元分析和数值优化技术,优化浆叶的质量和刚度布置,改善浆叶结构固有频率分布和动力特性,达到浆叶设计中的调频、减振和降低重量的目的,部分地实现了旋翼浆叶的计算机辅助设计。实例计算了“BO—105”和海豚两种复合材料旋翼浆叶。     

直升机复合材料国产化桨叶剖面特性的分析

由于国产复合材料性能较进口复合材料有较大变化,根据替代前后桨叶的动力学特性基本不变的原则对原桨叶结构进行了调整。采用薄壁梁横截面剪流相等的原理推导了桨叶扭转刚度的计算公式,基于挥舞刚度、摆振刚度、质量分布的定义得到了迭代公式。对某直升机替代前后桨叶的剖面特性进行了计算。结果表明：替代前后桨叶的扭转刚度、挥舞刚度、摆振刚度及单位长度质量分布完全一致,说明替代前后桨叶的剖面特性有很好的一致性。     

高负荷跨音速复合气冷涡轮叶片的试验研究

在燃气涡轮研究所 ( GTE)的涡轮叶片综合冷却效果试验器上对四套大载荷跨音速复合式气冷涡轮叶片 (多种气膜孔方案 ) ,成功地进行了 2 90小时试验。试验结果表明 ,导叶在 2 - 8% ,动叶在 1- 6%宽广的冷气流量比范围内 ,具有良好的冷却特性。此外还分析了叶片参数对冷却效果的影响     

复合材料桨叶结构损伤演化模型

与金属材料桨叶相比,复合材料桨叶因具有更加优良的抗疲劳性能而被广泛应用到直升机旋翼上。但由于复合材料破坏机理复杂,疲劳性能分散,影响因素众多,导致复合材料桨叶疲劳现象尚处于研究探索之中,在复合材料的微观失效机制与宏观结构的力学性能之间仍然缺少一座桥。鉴于此,文章利用典型复合材料试样的拉伸疲劳实验数据,建立了基体裂纹、纤维断裂和界面脱胶等损伤变量累积模型,从断裂能的角度出发构建了基体裂纹密度、纤维断裂面积与复合材料属性之间的函数关系,分析了基体裂纹密度、纤维断裂面积等损伤变量对复合材料工程性能参数的影响。利用复合材料宏观力学理论,研究了各物理损伤变量对桨叶刚度特性的影响,采用连续损伤变量的状态方程建立了复合材料桨叶的损伤演化模型,这种以有理多项式为状态转移函数微分模型能很好地体现复合材料桨叶在疲劳初期和疲劳末期刚度快速损伤的现象。     

复合材料涡轮风扇叶片的发展

本文简要地介绍了复合材料风扇叶片较传统的金属材料风扇叶片的优越性,回顾了复合材料风扇叶片的发展概况,对复合材料凤扇叶片的设计、制造、加工、检验方法进行了介绍,并着重分析了复合材料风扇叶片抗外物;中击能力差的主要弱点,以及人们为改善此弱点所做的工作,主要包括使用混杂纤维复合材料和超混杂复合材料等新的结构设计形式来提高其抗外物冲击的能力。     

立式捏合机混合釜内推进剂药浆混合过程数值仿真

使用POLYFLOW软件对固体推进剂药浆在捏合机混合釜内的流动过程进行了数值仿真,采用混合釜壁面相对桨叶反方向旋转的方法实现公转,桨叶只需要绕自身轴线白转即可实现行星运动;运用网格叠加技术并结合相应的网格加密技术,完成了复杂边界条件下的网格划分。实现了混合过程巾药浆流动的可视化,量化了捏合机混合过程中釜内各点的速度、剪...     

复合材料风扇叶片-机匣碰摩振动的数值模拟

基于全三维模型的复合材料风扇叶片-机匣碰摩动力学特性的数值研究。建立了复合材料三维风扇叶片-机匣实体有限元模型,考虑叶片离心刚度的影响,机匣由贝塞尔曲面拟合,风扇叶片采用3种不同铺层形式。基于该模型,在机匣二节径变形的情况下,计算了不同铺层叶片在不同转速下与机匣碰摩后的动力学响应。计算结果表明:铺层形式对叶片中、低转速下的碰摩振动形式影响较大,带有90°铺层的叶片的最高振幅及不稳定振动所在区域的转速相对较低,改变铺层形式可以对复合材料风扇叶片-机匣的碰摩动力学特性加以控制。当转速靠近由3倍频与叶片1阶模态造成的共振点附近,或由6倍频与叶片2阶模态造成的共振转速附近时,叶片与机匣的碰摩会导致非稳定振动的产生。该方法与结果对复合材料风扇叶片的碰摩动力学特性研究具有一定指导意义。      

直升机复合材料桨叶铺层三维几何建模方法

针对直升机复合材料桨叶铺层几何建模过程中存在的效率低、工作繁琐重复等问题,提出了一种桨叶铺层三维几何建模方法。首先系统归纳了典型的桨叶铺层类型,提出了一种面向复合材料铺层几何建模的铺层信息参数化表达方案,并通过一个智能向导引导设计人员对各铺层进行定义和描述,在此基础上由软件算法自动生成桨叶铺层设计表格;根据桨叶理论外形和桨叶铺层设计表格,通过铺层区域裁剪复制和分片逐次等距方法构造桨叶当前铺层几何模型,并实现整个桨叶铺层几何模型的自动生成。通过实例验证表明,该方法能够快速、高效地实现复合材料桨叶铺层的三维几何建模。